x86-64 上的 Delphi SizeOf(NativeInt) 与 C sizeof(int)。为什么大小差异？

Question

前言

所以在做了很长一段时间的纯 C 工作后，我回到了 Delphi，发现 Delphi 中有一些新东西。一个是 NativeInt。

令我惊讶的是，我发现 Delphi 和 C 处理它们的“本机整数”¹ 类型对于 x86-64 是不同的。 Delphi NativeInt 似乎表现得像 C void * 和 Delphi Pointer，这与我对名称的期望相反。

在 Delphi NativeInt 中是 64 位大小。用代码表示：

SizeOf(NativeInt) = SizeOf(Pointer) = SizeOf(Int64) = 8

C 只有 64 位指针。 int 仍然是 32 位。用代码表示²：

sizeof(int) == 4 != sizeof(void *) == 8

即使是 Free Pascal 编译器³ 也同意 NativeInt 的大小。

问题

为什么 Delphi NativeInt 选择 64 位而 C int 选择 32 位？

当然，根据语言文档/规范，两者都是有效的。但是，“语言允许”并不是一个真正有用的答案。

我想这与执行速度有关，因为这是当今 C 语言的主要卖点。*和其他来源都说 x86-64 确实有 64 位操作数寄存器。但是，它们还声明默认操作数大小为 32 位。那么，与 32 位操作数相比，对 64 位操作数的操作可能会更慢？或者也许 64 位寄存器可以同时进行 2 个 32 位操作？有这个原因吗？

编译器的创建者选择这些大小可能还有其他原因吗？

脚注

1. 我将 Delphi NativeInt 与 C int 进行比较，因为名称/规范表明它们具有相似的目的。我知道还有 Delphi Integer，其行为类似于 Delphi 中 x68 和 x86-64 上的 C int。
2. sizeof() 在 C 中返回大小为 char 的倍数。但是，char 在 x86-64 上为 1 个字节。
3. 它在 Delphi 模式和 NativeInt 的默认模式下这样做。默认模式下的其他整数类型完全是另一回事。

Answer 1

NativeInt 只是一个与指针大小相同的整数。因此，它会在不同平台上改变大小。 documentation 就是这么说的：

NativeInt 的大小相当于当前平台上指针的大小。

NativeInt 的主要用途是存储诸如操作系统句柄之类的东西，它们在后台实际上是内存地址。您不应该使用它来执行算术运算、存储数组长度等。如果您尝试这样做，那么在您的程序的 32 位和 64 位版本之间共享代码会变得更加困难。

你可以认为 Delphi NativeInt 直接等同于 .net 类型 IntPtr。在 C 和 C++ 中，操作系统句柄类型通常被声明为 void*，它是指针类型而不是整数类型。但是，如果您愿意，您最好使用像 intptr_t 这样的类型。

您使用术语“本机整数”来描述 NativeInt，但尽管名称如此，但重要的是要意识到 NativeInt 不是该语言的本机整数类型。那将是Integer。 NativeInt 中的 native 指的是底层硬件平台，而不是语言。

Delphi 类型Integer，语言原生整数，与C 类型int，对应的语言原生类型相匹配。在 Windows 上，这些类型对于 32 位和 64 位系统都是 32 位宽。

当 Windows 设计人员开始开发 64 位 Windows 时，他们对int 在从 16 位系统到 32 位系统的过渡过程中从 16 位更改为 32 位时发生的事情有着深刻的记忆。这一点都不好玩，尽管这显然是一个正确的决定。这一次，从 32 到 64，没有令人信服的理由使 int 成为 64 位类型。如果 Windows 设计人员这样做了，移植工作就会变得更加困难。因此他们选择将int 保留为 32 位类型。

就性能而言，AMD64 架构旨在高效地在 32 位类型上运行。由于 32 位整数是 64 位整数大小的一半，因此通过在 64 位系统上使 int 仅 32 位来减少内存使用量。这将带来性能优势。

几个cmets：

• 您声明“C 只有 64 位指针”。事实并非如此。 32 位 C 编译器通常会使用带有 32 位指针的平面 32 位内存模型。
• 您还说，“在 Delphi 中，NativeInt 的大小为 64 位”。又不是这样。它是 32 位或 64 位宽，具体取决于目标。

Answer 2

请注意，NativeInt 不是用于与指针交互！

问题是 nativeInt 已签名。
通常这不是你想要的，因为指针指向数据块的开头。 负偏移量会让您在此处违反访问权限。
如果你有一个指向中间的指针（因为你正在做索引或类似的事情），那么负偏移量就会应用，NativeInt aka IntPtr 就会出现。

对于标准指针（指向起点）：使用 UIntPtr，因为当偏移量大于 2^31/2^63 时，它不会崩溃。
（可能在 32 位平台上，而不是在 64 位平台上）

因此，有一个 UIntPtr，它完全映射到 C 等效项。
UIntPtr 是 NativeUint。

用例
您选择使用哪种类型取决于用例。

A：我想要最快的整数 -> 选择 Int32 aka integer;
B1：我想要一个整数来做指针运算 -> 选择 UIntPtr aka NativeUInt*。
B2：我用指针进行索引 -> 选择 IntPtr aka NativeInt。
C：我想要一个大整数，但不希望 Int64 在 X86 上给我带来很大的减速 -> 选择 NativeInt。 D：我想要一个 bigint：选择 Int64。 （但要知道它在 X86 上会很慢）。

*) 如果您想让代码的读者清楚地知道您正在弄乱指针，您显然需要将其命名为UIntPtr。